[지금은 과학] 소리 차단하는 방음벽에서 전기·열 생산한다

[아이뉴스24 정종오 기자] 방음 성능이 뛰어난 방음벽에서 전기와 열을 만드는 기술이 개발됐다. 소리는 차단하고 전기와 열을 생산할 수 있어 다양한 곳에 설치 가능할 것으로 기대된다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 열변환시스템연구실 강은철 박사 연구팀이 새롭게 건설하는 도로·철로의 방음벽과 기존에 설치된 노후한 방음벽에 대체 적용이 가능한 다기능(흡음·차음, 전기·열 생산) PVT 방음벽 기술을 개발했다.

PVT(Photovoltaic-Thermal)는 태양광 패널·태양열 집열기가 융합돼 PVT에서 전력과 온열을 복합 생산한다. PVT 내부에 공기유동을 발생시켜 PV 패널의 온도를 낮춰줌으로써 발전량을 증가시키는 동시에 온열을 생산, 활용하는 기술이다.

자동차나 고속철과 같은 교통수단들이 고속화되고 차량보유대수가 늘어나면서 교통소음도 덩달아 늘어나기 마련이다. 주거환경을 해치는 주요 원인으로 지목되고 있다. 교통소음을 효과적으로 차단하는 다양한 방음벽 기술개발이 시도되고 있다.

국가 온실가스 감축 목표(NDC), 재생에너지 2030 정책 등의 실현을 위한 국가 정책에 맞물려 태양광 시장은 매년 10%씩 성장하고 있다. 최근에는 설치 공간 부족으로 건물 지붕, 외벽체뿐 아니라 산과 논밭에 설치되는 등 국토가 좁은 대한민국에서 한계를 보여주고 있다.

이런 가운데 다기능성 융복합화로 진화하고 있는 방음벽 활용은 일석이조 이상의 효과를 낼 수 있다. 여기에 착안한 강은철 박사 연구팀은 PVT 기술과 방음벽을 결합한 형태의 다기능성 방음벽 기술을 개발했다.

다기능성 PVT 방음 모듈은 단순한 요소기술의 조합이 아닌 여러 요소기술들이 융합됐다. 태양광 패널의 온도 상승에 따른 발전량 저하를 막기 위해 PVT 내부에 공기유동을 발생시켜 패널의 온도를 낮춤과 동시에 열을 회수하도록 설계했다. PVT의 외부 열손실을 최소화하기 위해 흡음재를 단열재로 활용해 흡음과 단열 역할을 한다.

PVT 방음벽 기술의 완성도를 높이기 위해 최적의 방음 기능을 위한 PVT 방음벽 구조체의 형상과 온열을 효율적으로 생산할 수 있는 최적의 전열구조를 적용했다. 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 자동화된 운전 제어 기술을 개발했다.

태양광 패널은 전력생산과 차음기능, 흡음재는 단열과 흡음기능, 태양열 집열기 전열구조는 열 회수와 구조 강도를 잡아주는 역할을 한다. 이러한 요소기술들을 하나의 컴팩트형 모듈로 탄생시킨 것이 다기능성 PVT 방음 모듈이다. 기존의 노후화된 방음벽을 다기능성 PVT 방음벽 시스템으로 용이하게 교체할 수 있도록 현장 시공 기법을 개발했다.

연구팀이 개발한 방음벽은 도로 방음시설의 음향성능 기준에서 차음성능은 1000Hz에서 37.1dB(기준 30dB 이상), 흡음성능은 0.83(기준 0.7 이상)으로 기준 대비 높은 성능을 나타냈다. PVT 방음 모듈의 발전효율은 같은 외기환경 설치조건에서 기존 태양광 패널 발전효율보다 6% 이상 높았다.

강은철 박사는 “국내 방음벽의 총 설치 길이는 약 3천200km로 신도시 발전과 교통소음으로 민원이 많아져 방음벽의 수요는 증가할 것”이라며 “다기능성 PVT 방음벽 시스템 시장은 이 중 음영을 고려하더라도 약 1천km 이상 적용 가능할 것으로 보인다”고 말했다.